1光年有多远?光走1光年,真要1年的时间?光:只要一瞬间

光年是一个非常特殊的单位,里面有个“年”字,看起来表示时间,但其实是度量距离的单位。这个长度单位在日常生活中根本用不到,因为它实在是太大了,只有在天文学家领域才会用到。那么,1光年究竟是什么概念呢?走1光年要多长时间?

随着天文望远镜的发展,人类借此可以窥探到更为深远的宇宙,也认识到了宇宙大到不可思议的程度。在太阳系中,用公里或者天文单位来表示距离还是很方便的,比如,地球到太阳的距离约为1.5亿公里,即1天文单位;海王星到太阳的距离约为45亿公里,相当于30天文单位。

但在太阳系外,还有浩瀚无垠的星际空间,乃至星系际空间。在肉眼可见的星空中,属于太阳系的星星只有几颗,天上的那些繁星皆是太阳系外的恒星,它们的距离非常远。此外,夜空中还有几个肉眼可见的云雾状天体,它们有的是银河系中的星云,有的是距离更远的河外星系。

1838年,德国天文学家弗里德里希·贝塞尔(Friedrich Bessel)首次对太阳系外的恒星距离进行测量。他把目标选为天鹅座的天津增廿九(天鹅座61),测出的距离为66万天文单位,即99万亿公里。如此遥远的距离,究竟是如何测出来的呢?

这就要讲到十分巧妙的视差原理。试想一下,竖起拇指,然后把手伸直,闭上右眼,用左眼把拇指对准前方一个目标,保持不动。接着,再闭上左眼,睁开右眼,就能看到目标相对于拇指发生了移动,这就是视差。利用同样的原理,可以测出恒星的距离。

先在一月份的某天对一颗恒星进行观测,记录它相对于其他背景恒星的位置。然后在半年后的七月份某天,当地球在公转轨道上转动到了太阳的另一侧时,再对这颗目标恒星进行观测,并记录它的相对位置。

结合半年之间的两次观测结果,可以测出这颗恒星的视差角。由于地球到太阳的距离是已知的,再根据三角函数关系,就能算出恒星的距离,这就是用于恒星测距的三角视差法。

在测出天津增廿九的距离后,人们第一次认识到星际空间的广袤。不过,当时光速的确切值是多少并不知道,而且光速是不是常数也不清楚,所以光年并没有被提出来,天文单位仍然是最大的长度单位。

到了19世纪中叶之后,光速的测量精度有了显著的提高。麦克斯韦在提出麦克斯韦方程组后,从中推导出了真空中的光速是常数的重要结论。在这之后,爱因斯坦创立狭义相对论,更是明确了光速是宇宙中的一个基本常数,而且不会随着参照系的选择而改变。

于是,科学家利用光速创造出一个巨大的长度单位。在光速被足够精确测量出来之后,科学家基于测量结果,把光速定义为了299792458米/秒。光在真空中前进1年的距离即为1光年,光速(速度)乘以1年(时间)得到就是距离,约为9.4607×10^15米,或者9.4607万亿公里。

对于人类来说,1光年的距离极其遥远。如果我们每秒能走1.5米,走完1光年将需要长达2亿年的时间。如果改坐普通飞机,也要120万年的时间。就算速度为每秒10公里的宇宙飞船,也要耗时3万年。

如果用光年来表示天津增廿九的距离,相当于10.4光年,这样非常便于表示遥远恒星的距离。光年无疑直接表示的是距离有多远,但这个特殊的单位其实还能间接体现出时间的概念。

从光年的定义出发可知,天津增廿九距离地球10.4光年,这意味着这颗恒星发出的光需要耗时10.4年才能到达地球。也就是说,我们现在接收到的是天津增廿九在10.4年前发出的光。而它现在发出的光还在去往地球的路上,还要再过10.4年,我们才能接收到这些光子。

因此,当我们观测宇宙时,距离看得越远,相当于看到了越久之前的时间。不过,空间一直在膨胀,宇宙一直在变大,尽管理论最远观测距离可达465亿光年,但最远所能追溯到的时间只有138亿年。

在我们看来,光走1光年的距离需要1年的时间。但从光的角度来看(如果有的话),它们不管走1光年,还是走100亿光年,其实只要一瞬间就能到达,这涉及到了狭义相对论的时间膨胀效应。

根据相对论,速度越快的参照系,时间相对过得越慢。当速度足够逼近光速时,时间流逝速率也会随之接近于零。假设一艘宇宙飞船以99.999985%光速前进时,飞船上过1天,相当于地球上过5年。如果飞船速度达到99.99999996247%光速时,飞船上的1天相当于地球上的100年。

只不过飞船是有静质量的,无论如何都不会达到光速,所以飞船上的时间不会完全停止流动。而光子没有静质量,可以并且也只能以光速前进。对于光来说,没有时间的概念,时间是静止的,光无论走多远,就算从宇宙的一端到另一端,都只需一瞬间。但在人类看来,光在1年的时间里只能走1光年,这就是相对论的相对概念。

宝丰能源(二) 氢能 甲醇

雾霾的元凶在哪里?

还有一个碳中和的路线,是跟雾霾相关的。

这些年,我一直在研究雾霾。我对雾霾有亲身体会。如果一直在北京生活我们可能感觉不到,但我家在南加州,早些年回国后,每次从洛杉矶到北京以后,那种强烈的对比让我觉得一定要把中国的雾霾给治理好。

雾霾包括一次颗粒和二次颗粒。化石燃料如柴油燃烧时尾气中直接排放的颗粒是“一次颗粒(Primary Particulates)”,占雾霾总量的24%左右。对雾霾贡献最大的是“二次颗粒(Secondary Particulates)”占到其总量的约50%左右。“二次颗粒”是化石燃料燃烧尾气中的气态污染物(如NOx、SOx)和挥发性有机物(VOC)进入大气后,在一定的水雾状态下与空气中的氨及VOC等物质发生气溶胶反应形成的颗粒。氮氧化物在天空遇水就变成硝酸,硫氧化物氧化遇水就是硫酸。如果我们不使用化肥就只能形成酸雨形不成雾霾。然而大量使用化肥向大气中释放了一定规模的氨,氨在大气中呈碱性,酸碱中和生成硝酸铵盐、硫酸铵等固体细颗粒,这些细颗粒才是PM2.5的主要来源。头发丝大概是70微米左右,肉眼的分辨率在60微米左右,一个PM2.5的颗粒是看不见摸不着的,但是当无数个PM2.5悬浮在天空中就可以遮天蔽日。

这两年国家在脱硫脱硝上花了上万亿,取得非常大的进展,但是到冬天还有雾霾,一个重要因素是使用化肥以及氨排放没有得到足够的重视。化肥的排放就是氨的排放。

化肥有它的问题和弊性,它使用一年、两年、三年、五年没问题,但是用了三十年、五十年以后,问题来了。早些年硝酸铵、磷酸铵强酸弱碱,氨被吸收,酸留到土壤里面,引起土地酸化,把土壤中的细菌杀死,引起大面积的土地板结。

另外,用了化肥三十年、五十年后的土壤长出来的蔬菜看着个大皮厚,但吃着没有味道了。什么原因?因为决定食品营养和味道的是生长作物的半米左右深的土壤中微量元素和矿物质的含量。土壤中有很多矿物质不溶于水,但是一遇到酸,会发生酸浸,浸三五十年以后,当半米深的土壤中这些微量的矿物质都没有了的时候,食品不可能不变。

对比1960年的玉米和2013年的玉米情况。1960年是纯粹自然生长的,2013年的是化肥催大的,看着个大饱满,但是每100克里面钙含量下降了78%。人类大量使用化肥和农药,导致土壤中的微量元素不断下降,并伴随着哮喘、心脏病、癌症等疾病的增加。

中国自1978年改革开放之后,开始大量开始使用化肥,到大概2011年化肥产能接近峰值。这期间全中国粮食增产了87%,但化肥使用量增加到682%。每吨粮食产量需要0.1吨的化肥。2017年全国农作物总播种面积1.6亿公顷,平均化肥施用强度为352公斤/公顷,福建、海南、北京、广东等省市分别为751、724、707、611公斤/公顷;而国际警戒线值为225公斤/公顷(世界平均水平为120公斤/公顷)。

其实随经数百万至数千万年,物质不灭,土壤中宝贵的微量元素及矿物质是以煤炭的形式保留至今的。煤炭中可燃的部分,基本都是通过光合作用二氧化碳形成的;不可燃的部分从哪里来的?就是远古时期树根吸收的宝贵的矿物质、微量元素。但这些东西不能用火烧掉,一千多度以后它们就形成了玻璃状的琉璃瓦。 

现在我们有一个核心技术(图4)就是在水中把煤里面可燃的不可燃的分开进行磨细,底下浅色的就是土壤中最宝贵的东西,但是不能直接加,要经过一系列微生物的过程,最后形成最好的土壤改良剂。上层的劣质煤就可以制甲醇,这样甲醇的成本也可以降下来。这是环环相扣的。

为什么要从雾霾开始讲?因为这种小颗粒像雾霾,过滤下来以后比重比空气重得多,它以2.5微米悬浮在空中不会落下来,除非下雨,因为当粒度到这么小的时候,重力就起不了作用,而是表面力在起作用。

那么既然它悬浮到空气中下不来,我们就让它悬浮到水里面造成类似“黑色牛奶”的燃料。牛奶表面上看是液体,在显微镜底下其实是几十微米的氮颗粒悬浮在水里的。我们将微米级的煤炭颗粒、纯碳颗粒悬浮在水里,然后设计一个锅炉,让它燃烧起来比天然气都干净。我们甚至可以直接用汽化炉制甲醇,得到的燃料比现在的船油还干净、还便宜,同时还可以解决中国的煤炭运输问题。

鄂尔多斯、吕梁、榆林等地高速公路上,很多大卡车拉煤,污染很重。目前,我们储煤的地方海拔大约1500-2000米,运煤的地方比如深圳只有几十米的海拔,这样建一个管路自己就流过来了。

十年前,我说中国的雾霾汽车有贡献但是绝对不是主要的,要治理雾霾首先要把煤搞干净以后再烧;当时推动电动车的一批人,说要治理雾霾就要把汽车变成电动车。但是去年疫情期间很多地方封城,让我有机会做一个大实验,当时,全中国的汽车,包括电动车都停了两个多月,可北京、太原、西安、哈尔滨、郑州雾霾的天还是很多。原因在哪里?主要还是抗疫的时候大冬天家里供暖的问题,中国的天然气不够,大冬天,北方农村取暖还得烧煤。

当时,我以治理雾霾的心态做这个技术,现在已经产业化了,工厂已经开始运转了,而且做了很多大量的农田实验,效果比我们想象的要好。

#郑元畅[超话]# ⏳#郑元畅无神之地不下雨#
《無神之地不下雨》最新預告揭「風之神」@鄭元暢小綜 、「雲之神」柯佳嬿神秘面紗

末日愛情影集《無神之地不下雨》由新銳導演洪子鵬與金鐘編劇簡奇峯合作打造,堅強卡司集結曾之喬、傅孟柏、顏毓麟,以及友情出演的鄭元暢、柯佳嬿。16日釋出全新預告「謊言與意外篇」,正式宣布10月17日起,每週日晚間十點在愛奇藝國際站首播,全球191個國家地區網路獨家同步播出;無線平台華視同日晚間九點首播;有線平台八大戲劇台於10月23日起,每週六晚間八點首播。最新預告中,首次揭露「風之神」鄭元暢與「雲之神」柯佳嬿之間撲朔迷離的神秘關係,戲外相識多年的兩人更首次合作同台飆戲。

鄭元暢飾演法力無邊、掌管「因果矯正司」的風之神「Fali」;柯佳嬿飾演可以自由穿梭人心、揭穿所有虛實的雲之神「Toem」。兩人皆首次挑戰「非人類」的角色,鄭元暢表示:「Fali是因果矯正司的司長,他對於整個故事線和時間線需要比其他角色更清楚,常常在現場得不斷地跟導演和編劇進行討論。也因為是一個非人類的角色,感謝劇組讓我自由發揮很多自己的創意。」柯佳嬿為角色設計了一些小巧思,她說:「第一次演神,希望Toem跟人類能有些微不同之處,有提醒自己要拿捏神態跟說話的感覺,不要太像一般人,後來我把她想像成一個有特殊能力的女子去演出,算是有抓到心中的那個平衡。」

預告中可以看到「風之神」與「雲之神」交手鬥智的場面,短短畫面,儼然已看出兩人在戲裡性格的對比,柯佳嬿認為這次最大的挑戰也是最好玩的部分,「就是有時要拍出鬼魅的感覺,要有點嚇人。因此也要很專心,不然我會不好意思或笑場。」鄭元暢說道:「雲是一個捉摸不定,給人感覺比較俏皮;而風就是一板一眼,這兩個神對比非常鮮明。因此印象最深刻的戲,是我們變身為彼此的那場戲,因為要扮演雲,所以就要模仿她俏皮的表情、走路的方式和手勢,讓我覺得非常有趣。」柯佳嬿在看劇本的時候,覺得風跟雲的戲好精彩,兩人之間的交手都很有趣,「這兩個人某種程度上非常相像,但是他們並沒有發覺。」

鄭元暢為了劇中大量的阿美族語台詞下足功夫,他表示:「當看完劇本後,覺得最需要事前準備的就是阿美族語,台詞中有許多像念咒語的、深情的、憤怒的等各式各樣的情緒,上了很多堂族語課來做足準備。」此外,兩人也在劇組的安排下,演出前和前雲門首席舞者邱怡文老師進行了姿態與肢體的訓練,鄭元暢表示:「佳嬿是我在進組前唯一認識的演員,肢體表演課也都是跟她一起上比較多,我們後來還有結伴再去找老師上課,跟她一起合作的感覺非常輕鬆,也覺得她非常幽默,很適合去演喜劇。」柯佳嬿也相當稱讚鄭元暢:「因為小綜很高,他一站出來就很有氣勢,高冷又霸氣。但他本人很好笑、很有活力,在現場也會帶動大家士氣,很喜歡跟他一起工作。」

《無神之地不下雨》故事取材自阿美族泛靈神話所建構的原創架空世界觀,描述因環境問題而使眾神選擇不再祝福這片土地,隨著最後一場雨的到來,眾神紛紛離開祂們所眷戀的人間。三鳳製作製作人麻怡婷表示:「在這個特別的時刻,這部戲的播出對我們而言更加別具意義,很多劇中虛構的事件,竟然會發生在現實生活中,我們都覺得不可思議。」這次由金鐘編劇簡奇峯帶領兩位年輕的編劇程雲佳、蘇冠禎,受到阿美族信仰文化的啟發,創造了全新的台劇世界觀,「希望能帶給觀眾不同的可能性,並從中找到屬於自己的感動,期待大家保持開放的心,跟著我們一起進入到《無神之地不下雨》的世界。」@鄭元暢小綜


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